JPH02141525A - レーザビームによる表面焼入れ方法 - Google Patents

レーザビームによる表面焼入れ方法

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JPH02141525A
JPH02141525A JP63293559A JP29355988A JPH02141525A JP H02141525 A JPH02141525 A JP H02141525A JP 63293559 A JP63293559 A JP 63293559A JP 29355988 A JP29355988 A JP 29355988A JP H02141525 A JPH02141525 A JP H02141525A
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JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
hardened
subsurface
cover segment
hardening
Prior art date
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Pending
Application number
JP63293559A
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English (en)
Inventor
Kenji Tomota
友田 憲次
Kazuhiro Kurokawa
黒川 和宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH02141525A publication Critical patent/JPH02141525A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明はレーザビームによる表面焼入れ方法に係り、
特に蒸気によってエロージョンを受1ノる蒸気タービン
翼部品等に施されるシー1フ’ビーl\による表面焼入
れ方法に関する。
(従来の技術) 一般に、蒸気タービン低圧段のタービン翼およびタービ
ン翼部品は、高速回転で運転されるため、湿り蒸気雰囲
気で使用された場合、蒸気中の水滴によりタービン翼等
が浸食(エロージョン)を受けることが知られている。
つまり、第3図に示すように、蒸気タービン翼1および
タービン翼部品としてのカバーセグメント2では、蒸気
中の水滴が矢印へ方向に流れているので、この水滴の当
る部位に10−ジョンが生ずる。そこで、従来、このよ
うな問題を解決するため、この水滴の当る部位に焼入れ
による表面硬化層3を形成している。
なお、矢印Bはタービン翼1の回転方向を示す。
上記焼入れ処理は、第4図に示すように、12Crマル
テンサイト系ステンレス鋼から成るカバーセグメント2
を、火炎トープ4からの火炎で材料の溶融温度直下(約
1100℃)まで加熱し、その後、加熱部が所定温度ま
で上昇した段階で火炎トーチ4を移動させることにより
なされる。つまり、火炎トーチ4の移動によりその加熱
部が冷却過程に入るので、この自己冷却特性を利用する
と火炎1・−チ4の移動によって急激な冷却となり、加
熱部を溶融させることなく焼入れJることができる。こ
うして、カバーセグメント2に表面硬化層3を形成する
。この表面硬化層3は、カバーセグメント2が12Cr
マルデンサイト系ステンレス鋼の場合には、第3図に示
すようにビッカース硬さHv約450以上の硬さとなる
ため、耐摩耗性や画工0−ジョン性に対しても好適ぐあ
る。
しかし、上述のような火炎トーチ4を用いた表面焼入れ
方法では、加熱および冷却過程が作業省の火炎トーチ4
の操作によっているため、焼入れ温度が高過ぎて焼入れ
層に割れが生じたり、あるいは焼入れ温度が低過ぎて焼
入れ層に必要な硬さが得られない等、均質な焼入れ層が
得られないJ3それがある。そこで、近年、入熱エネル
1!を容易に制御できるレーザビームによって焼入れ処
理を行なう方法が実施されている。
このレーザビームによる表面焼入れ方法は、カバーセグ
メントの焼入れずべき表面にレーリ゛ビムを照射して材
質の溶融温度直下まで加熱し、熱拡散による自己冷却特
性によって表面硬化層を得るものである。
表 」−2表はタービン翼部品の月利に火炎焼入れ処理とレ
ーザ焼入れ処理を実行した場合について、24時間の工
[コーション試験を行なったときの浸食減量およびビッ
カース硬さを比較した結果を示づものである3、この表
からも、レーIJ”ビーム焼入れ方法が浸食減量の点で
、火・炎焼入れ方法より優れていることがわかる。
(発明が解決しようとづる課題) ところが、上述のレーザビーム焼入れ方法においては、
カバーセグメントの焼入れリベき表面が曲面を有するた
め、レーザビームを−・定の出力で照射しても、その凸
曲面においてレーザビームオが散乱してしまい、焼入れ
すべき表面に対りるビームエネルギが不均一となって均
質な焼入れ深さを確保できないおそれがある。
また、カバーセグメントの材質が12 Cr′ンルテン
サイト系ステンレス鋼である場合には、レーザビームの
吸収率が小さい3.ソこC1この場合には、通常、グラ
ファイトや黒色ペイント等のレーザビーム吸収剤を焼入
れリベぎ表面に塗布する等してレーザビームの吸収の程
度を良好にし、その後、レーザビームによる焼入れを実
施している。
しかし、このような方法では、レーザ“ビーム吸収剤の
塗布にムラがあると、シー11ビームの吸収の程度に差
が生じて、局部的に加熱されたり表面溶融してしまうお
それがある。したがって、この場合にも、均質で安定し
た表面硬化層を得るのが困難となる。
この発明は、上記事情を考慮してなされたちのであり、
レーザど−ム吸収率の小さい材質においても、また焼入
れすべき表面が複雑な曲面形状であっても、均質で安定
した焼入れ硬化層を得ることができるレーザビームによ
る表面焼入れ方法を提供覆ることを目的とする。
〔発明の構成) (8題を解決するための手段) この発明は、部材の焼入れすべぎ表面にブラスト処理を
施して所定表面粗さの凹凸下地を形成し、その後、この
凹凸下地の表面に所定の照射条件でレーザビームを照射
して焼入れ硬化層を形成することを特徴とするものであ
る。
(作用) 部材の焼入れすべき表面にブラスト処理を施して凹凸下
地を形成するので、この凹凸下地にレーザビームが照射
されると、レーザビームは凹凸下地の表面で細かく乱反
射して、部材に好適に吸収される。したがって、部材が
レーザビーム吸収率の小さな材質であっても、また部材
の焼入れすべき表面に曲面が存在していても、レーザビ
ームが安定的に部材に吸収され、均質で安定した焼入れ
硬化層を得ることができる。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、この発明に係るレーザビーl\にJ、る表面
焼入れ方法の一実施例を示す斜視図、第2図はこの一実
施例によって形成された表面硬化層の硬さ分布を示す第
1図の■−■線に沿う断面図である。この一実施例にお
いて前記従来例と111様な部分は同一の符号を付すこ
とにより説明を省略り−る。
カバーセグメント2の焼入れ覆べき表面にシ三1ットブ
ラスト処理を施して、所定表面粗ざの凹凸下地5を形成
する。この粗さは、レーザビームの照射角度等の後述の
レーザビーム照射条件によって決定されるものであり、
例えば約70μ而〜・約150μmの表面粗さである。
次に、上記凹凸下地5の表面にレーザビーム6を照射す
る。レーザご一ムロの照射条件は、所定の焼入れ幅およ
び焼入れ深さを得るに必要かつ十分な条件である。例え
ば、レーザ出力8kW、加工速度(レーザビームヘッド
6Aの移動速度)800mtn/川inルン用の焦点距
1Ill[250rtm 、レンズの焦点位置からレン
ズ側に+150mmの位置に加工面を設置、アシストガ
スとしての窒素ガスの噴射流量150j!/min、レ
ーリ“ビームの照射角度45°等である1゜ また、レーザビーム6の照射に際しては、まず凹凸下地
5の切欠き前端部7にレーク“ビームを照射し、この照
射部を溶融点直下まで加熱した後、レーザビーム6を発
するレーザご−ムヘッド6Aを第1図の矢印C方向へ移
動さU1熱拡散により自己冷却させて表面硬化層8を形
成する。
この実施例にJ:れば、カバーセグメント2の焼入れす
べき表面にショツ1−ブラスト処理を施して、凹凸ト地
5を形成するので、この凹凸下地5にレーザビーム6を
照射すると、レーザビーム6は凹凸下地5の表面の凹凸
によって細かく乱反射し、カバーセグメント2内へ良好
に吸収される。したかって、レーザビーム吸収率の小さ
い例えば12Crマルデンサイト系ステンレス鋼であっ
−C−6ル−ザビーム吸収剤を塗布する必要なく、良好
にレーザビーム6が吸収される。また、焼入れJべき表
面が曲面を有していても、レーザビーム6がその曲面上
に形成された細かな凹凸によって乱反射するで、レーザ
ビーム6が散乱されず良好に吸収される。これらの結果
、レーク“ビーム吸収率の小さな材質であっても、また
焼入れすべき表面に曲面が存在していても、均質で安定
した表面硬化層8を得ることができる。
第5図は、12Crマルテン勺イト系スーjンレス鋼か
ら成るカバーセグメント2の表面にシ」ットブラストに
よって約70μ■〜約15011mの表面粗度の凹凸下
地5を形成し、レーザ出力8kW、加工速度(レーザビ
ームヘッド6Aの移動速K ) 800mm/min 
、レンズの焦点距離250 mm zレンズの焦点位置
からレンズ側に+150mmの位置に加工面を設置、ア
シストガスとし・ての窒素ガスの噴射流量15C)!/
minおよびレーザビームの照射角度45°の各照射条
件でレーザビームを照射したときの、カバーセグメント
2の切欠き前端部7にお【づる断面方向の焼入れ硬度分
布を示す。
この第5図によれば、カバーセグメント2の前端部7に
おいて、曲率の大きな箇所(領域9)であってもレーデ
ビーム6が効寧よく吸収され、良好な硬さの表面硬化層
9が形成されていることがわかる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明に係るレーザビームによる表面
焼入れ方法によれば、部材の焼入れすべき表面にブラス
ト処理を施して所定表面粗さの凹凸下地を形成し、その
後、この凹凸下地の表面に所定の照射部f1でレーザビ
ームを照射して焼入れ硬化層を形成したことから、レー
ザビームの吸収が良好になされ、レーザビーム吸収率の
小さな材質においても、また焼入れすべき表面に複雑な
曲面形状が存在していても、均質で安定的な焼入れ硬化
層を得ることが(・きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るレーザビームによる表面焼入れ
方法の一実施例を示す斜視図、第2図はこの一実施例に
よって形成された表面硬化層の硬さ分布を示す図、第3
図はカバーセグメン1−がタービン翼に配設された状態
を示す斜視図、第4図は従来の火炎による表面焼入れ方
法を示す斜視図である。 1・・・タービン翼、2・・・カバーセグメント、5・
・・凹凸下地、6・・・レーザビーム、8・・・表面硬
化層。 代理人弁理士  則 近  憲 缶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  部材の焼入れすべき表面にブラスト処理を施して所定
    表面粗さの凹凸下地を形成し、その後、この凹凸下地の
    表面に所定の照射条件でレーザビームを照射して焼入れ
    硬化層を形成することを特徴とするレーザビームによる
    表面焼入れ方法。
JP63293559A 1988-11-22 1988-11-22 レーザビームによる表面焼入れ方法 Pending JPH02141525A (ja)

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JP63293559A JPH02141525A (ja) 1988-11-22 1988-11-22 レーザビームによる表面焼入れ方法

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JPH02141525A true JPH02141525A (ja) 1990-05-30

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04210417A (ja) * 1990-12-12 1992-07-31 Nissan Motor Co Ltd レーザ焼入れ方法
JPH04263020A (ja) * 1991-02-19 1992-09-18 Kozo Okita 刃先強化方法
JPH04344887A (ja) * 1991-05-23 1992-12-01 Matsushita Electric Works Ltd レーザ加工方法
JPH0543932A (ja) * 1991-08-07 1993-02-23 Nissan Motor Co Ltd レーザ焼入れ方法

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